JPH04502403A - 発光または蛍光モニタ装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発光または蛍光モニタ装置および方法 ［技術の分野Ｊ 本発明は、ルミネセンス（発光性）ないしフロレセント（蛍光性）のライトエミ ッション（光放出）をモニタするための装置と方法に関するものである。

本発明の装置と方法は、特に衛生モニタとして用いられるが、この用途に限られ るものではない。

【背　景　技　術］ バクテリアまたは他の生きた細胞を試験するにあたって、サンプルを採取し、発 光を起こさせるために、ルシフェラーゼ酵素とともに適当な試薬を用いて、細胞 内に含まれるアデノシン三燐酸（ＡＴＰ）を放出させることが知られている。

この光の出力は、サンプル内のＡＴＰの濃度に関係している。

しかし、この光の出力はきわめて小さく、今までは、測定可能な出力を得るため に、光デイテクタ装置として光電子倍増管が利用されていた。

光電子倍増管は、通常、実験室でしか得られないような高電圧の電源を必要とす る。

従来の生きた細胞の試験は、現場でサンプルを採取してそれを実験室にもちかえ り、既成のプレートを用いた培養法により行なうか、または、実験室に発光モニ タ装置が配備され、これの光電子倍増管に適当な電源が設備されている場合には 、これらを用いて分析を行なう方法がとられてきた。

〔発明の開示］ 本発明によるときは、発光物質を入れた容器を収容するためのサンプルチャンバ と、その放出光を受光するためのものであって、アバランシェフォトダイオード を含み、受光した光を測定するための電気回路に接続されたフォトディテクタと からなるサンプル試験用モニタが提供される。

アバランシェフォトダイオードは、光に対してきわめて高感度であり、かつ、低 レベルの受光に反応して測定可能な電気信号を出力する半導体素子である。

アバランシェフォトダイオード用の回路部には、高電圧または高電流の電源は必 要なく、電源としてバッテリを使用することができる。

さらに、アバランシェフォトダイオードは、光電子倍増管に比べて堅牢であり、 強い光にさらされても悪影響を受けることがない。

したがって、本発明によるモニタは、ポータプル装置とすることができる。

本発明に基づくモニタは、物質から自然に放出される光の測定に用いることがで き、また、露光によって励起された物質（すなわち蛍光物質）が発する光の測定 にも用いることができる。

そして、この明細書でいうルミネセンス（または物質からのライトエミッティン グ）のモニタは、フロレセンス（または蛍光物質）によって発せられる光を測定 するモニタを含んでいる。

また１本発明によるときは、発光物質を入れた容器を収容するためのものであっ て、その側壁にフォトディテクタへ通光させるための光の出口を有して形成され たサンプルチャンバと、その光の出口に対して前記容器の垂直位置を調整するた めの手段とからなるサンプル試験用モニタが提供される。

この垂直方向の調整により、サンプル入りの容器を５たとえば液体のサンプルの 中心がフォトディテクタ側へ通過する光の出口に心合わせされるように、置くこ とが可能となる。

このようにすれば、比較的少ないサンプルを採取して容器に入れた場合でも、フ ォトディテクタは、サンプルが放出する光の最大量を受光することが可能となる 。

当該モニタの一つの用途として、衛生モニタをあげることができる。

本発明によるとき、試験される表面を綿棒で拭き、°綿棒をピペットチップ内に 置き、とベットをピペットチップに連結し、ピペットを用いて一定量の切断試薬 を取りこみ、はぼ全量の切断試薬なピペットチップから取り出してすでに酵素を 入れたサンプル容器内に入れ、綿棒サンプルがバクテリアまたは他の生きた細胞 を含んでいる場合には、そのサンプル容器内の液体からの発光を得る衛生モニタ 方法が提供される。

この衛生モニタ方法は、滅菌された綿棒、滅菌されたとベットチップ、切断試薬 の容器、滅菌を終えて酵素を入れたサンプル容器、および、ポータプル発光モニ タからなるキットを用いて屋外で行なう場合に、特に好適である。

これらの器具は、すべて、携帯用ケースに入れて持ち運ぶことができる。

したがって、本発明に基づけば、発光モニタ、複数の綿棒、複数のピペットチッ プ、各ピペットチップに連結して用いるピペット、あらかじめ酵素を入れた複数 のサンプル容器、および、切断試薬容器を収容したポータプルな携帯用ケースか らなる衛生モニタ用キットが提供される。

望ましくは、各綿棒をつかむためのホルダも提供される。

上記に説明したモニタは、他の多様なサンプル試験、たとえば、食品工業におけ る原料と最終製品の試験、試薬、水質、臨床用サンプルなどの試験にも用いるこ とができる。

これらの場合は、調整されたモニタ用キットが適当である。

このキットの使用に際しては、試験するサンプルをサンプル容器に入れ、チップ を連結したピペットを用いて適当量の切断試薬および酵素をサンプル容器に入れ る。

最後に、サンプル容器を発光モニタ内に置いて発光量を測定する。

［図面の簡単な説明］ 添付の図面に示した本発明の実施例について説明すると１図面中、図１は携帯用 ケースを開いて衛生モニタ、キットを示した平面図、図２は図１に示したキット の側面図、図３は衛生モニタキットの試薬キットの拡大平面図、図４は綿棒ホル ダから綿棒を受けるときのピペットチックの状態を示した断面図、図５はピペッ トに係合されたピペットチップの断面図、図６はキットのポータプル発光モニタ におけるサンプルチャンバの一形態を示した断面図、図７はサンプルチャンバの 他の形態を示した断面図、図８はサンプルチャンバのさらに他の形態を示した断 面図１図９は図８に示したサンプルチャンバの平面図、図１０はモニタ回路のブ ロック線図、図１１は携帯用ケースを開いて示した試験キットの他の実施例の平 面図である。

［発明を実施するための最良の形態１ 図１および図２を参照すると、ポータプル衛生モニタキットは、ヒンジ１１を介 して蝶番止めされた上下半休１０．１２を有する携帯用ケースを含んでいる。

これを閉じ、合体型のキャッチを用いて締め合わせると、ケースは、ハンドル１ ３により持ち運ぶことができる。

図示のように開いた場合、ケースの両半体は、たとえば、テーブルまたは台の上 に横向きに置かれる。

ケースの内部では、各半休が、プラスチック発泡クッシジン材料のインサート１ ４．１５に形成された凹部内に一定数の器具すなわちキットの構成部品を収容す る。

ケースの下半体１２内には、ポータプル発光モニタ１６、試薬キット１７、およ び、滅菌ステンシル１８のパックが配列されている。

発光モニタ１６は、そのケース内に収納されたバッテリを電源とすることができ るが、さらに、あるいは、代わりに、電源パック１９を備えつけることもできる 。

ケースの上半体１０内には、綿棒ホルダ２０Ｊ５よびピペット２１が配列されて いる。

さらに、ピペットホルダ２２もケースの上半体ｌＯに取りつけられ、発泡インサ ート１４の凹部内に横に寝かせた第１の位置と、図２のごとき立てた位置との間 で位置を変えることができる。

図３を参照して、試薬キット１７は、複数のキュベツト２４、複数列に並べた滅 菌された綿棒２５、および、液体抽出剤のボトル２７で構成される。

各キュベツト２４は、そのキュベツトの内表面上で粉末化され、あるいは、冷凍 乾燥された正規量の適当な酵素を収容しており、キャップで閉じられている。

図４に示すように、各綿棒は、脱脂綿のヘッド２９を備えた短い軸２８で構成さ れる。

各ピペットチップは、胴部３０、テーバを有する下端部３１、および、ピペット の下端部に適合する上端部からなる。

衛生モニタキットを使用するにあたっては、はじめ。

綿棒を個々の包装から取り出し、これを綿棒ホルダ２０の下端部にしっかり取り つける。

綿棒ホルダは、割れてグリップフィンガを形成する管状の下端部３２を有し、綿 棒ホルダの上端部にあるアクチュエータを圧し下げると、グリップフィンガが開 いてグリップエンド３２が綿棒軸の自由端の上部に嵌まり、アクチュエータを解 放したとき、再び閉じて綿棒軸をつかむ。

それから、使用者は、綿棒ホルダをもち、綿棒のヘッド２９で試験すべき表面を こする。

このようにしてサンプルを採取したら、図４に示すように、綿棒をピペットチッ プの中に入れて離す。

つぎに、図５に示すように、ピペットをピペットチップと係合させる。

その後に、ピペットを用いて抽出剤のボトル２７から一定量（例：　５００ｕ１ ２）の切断試薬を引き出す。

ピペットは、ピペットホルダ２２と係合しており、一定時間Ｃ例二６０秒）、立 った状態にとどまることができる。

この間、切断試薬は、サンプル採取中に綿棒上に取り上げられたバクテリアまた は他の生きた細胞の中に押し入り、細胞内に含まれるＡＴＰが外に出るようにす る。

それから、ピペットチップ内の切断試薬３３を適当な酵素が収容されたキュベツ トの中に放出する。

このようにしてピペットを用いて液体を放出し、再び液を取り上げる作業を２〜 ３回繰り返してよく混ぜ合わせるようにする。

酵素が切断試薬とよく混ざり合ったところで、綿棒上に生きた細胞が存在してい た場合には、ＡＴＰが酵素と反応して発光し始める。

発光の強さは（放出される米粒子の数）は、存在するバクテリアの濃度に相関す る。

切断試薬をキュベツト中に混ぜ合わせた後、キュベツトは、ポータプル発光モニ タの中に置かれ、一定時間の光出力が測定され、得られたサンプル中のバクテリ ア濃度がめられる。

酵素の特性として、一定量の光出力が生じるので、この計測は時間に左右されな い。

図１を参照して、ポータプル発光モニタは、その上部表面の中にキュベツトを嵌 めこむソケット３４を備えている。

ソケットは、それから、光が漏れないようにカバーが施されている。

モニタ内部には、キュベツト内の液体から放出される光を受光する位置に、フォ トディテクタが配置されている。

図示例の場合、フォトディテクタは、きわめて受光感度が高い、このようなフォ トディテクタは、その回路部が低電圧かつ低電流の電源供給しか必要としないた め、ここに開示されたようなポータプル衛生モニタシステムにきわめて適してい る。

回路部は、アバランシェフォトダイオードが、通常、＋５°から０°の範囲の使 用温度を要求するので、このレベルに冷却されるように設計されている。

モニタには、測定データを表示するために、デジタル表示装置、アナログ表示装 置、あるいは、プリンタないしブロックを内装することができる。

図６は、発光モニタのキュベツト収容チャンバの一実施例を示している。

ソケット３４は、モニタケースの上側に形成されて、管状のキュベツト２４を収 容しており、キュベツトは、スプリング付きのプラットフォーム３５上にのせら れている。

アーム３６は、モニタケースに回転可能に取りつけられたポスト３７に取りつけ られており、プランジャ３８がアーム３６の下部から垂れ下がっている。

使用に際しては、はじめ、キュベツト２４をソケット３４の中に収め、つぎに、 アーム３６を回転させてプランジャ３８がキュベツトの直上に（るようにし、そ こでアームを圧し下げてモニタの上側に当たるようにする。

この位置において、アーム３６は、モニタケース上の０リングシールの上に乗っ て確実に光が漏れないように機能する。

アームを圧し下げると、プランジャ３８はキュベツトを下に動かしてソケット３ ４の中に収まるようにする。

プランジャ上のＯリングシール４０は、ソケット３４の内部を密封して漏光防止 機能を高める。

キュベツトは、その中の液の小さなコラムの側部のオリフィス４１と心合わせさ れた状態となり、液からの光がオリフィスを通ってフォトディテクタに達するよ うに配置されなければならない。

反応が異なることにより用いる液の量も異なるので、集光を効果的に行なうには 、キュベツトの位置を状況に応じて変える必要がある。

この条件を満たすためには、アーム３６に切られたネジ溝を通り、下端部にプラ ンジャ３８を付した調整ネジ４２を回転させることが要求される。

この調整ネジ４２は、望ましくは、その各々が異なる反応液量ないし実験量に対 応する一定数の設定位置を有しており、それを利用してキュベツトを望む高さま で圧し下げるようにする。

図７は配設の代替案を示しており、ここでのキュベツト２４の垂直方向の位置の 調整は、モニタの下側に配設され、キュベツトが置かれたプラットフォーム３５ に作用する調整ネジ４２により行われる。

この場合、スプリングの加重を受けているプランジャ３８は、キュベツトがソケ ット３４内に配置されると、キュベツトの頂部側で閉鎖される。

図８と図９は、キュベツトを収容するためのソケットを備えて形成されたボディ ５０を有するモニタ用のサンプルチャンバを示している。

ボディ５０の頂部５１は、円形であり、かつ、ボディ５０の頂部５１を取りま（ スカートをもった回転可能なキャップ５６を嵌めこむように構成されている。

キャップ５６は、部分５１を通ってその部分にジャー、ナル受けされたステム５ ７上に取りつけられる。

キャップ５６の頂部およびスカートは、６２で示すように、角形に切りとられて いる。

ボディ５０の下部は、ソケット３４の軸に垂直な通路３８を有して形成されてい る。

この通路の一端から、ソケット内に収納されたときのサンプルチューブあるいは キュベツトの一側にかけて、凹面鏡５９が取りつけられている。

キュベツトの他側における通路５８内には、キュベツトからの光をアバランシェ フォトダイオードＡＰＤ上に結像させるための光学システムのレンズ６０が取り つけられている。

図８、図９に示すサンプルチャンバを使用するとき、キュベツトをソケット３４ 内に収めてキャップ５６を図示の位置に配置し、すなわち、ソケット３４がキャ ップの切除部６２を通して外部に露出されるようにする。

それから、キャップ５６を１８０°回転させてソケット３４の頂部を覆うように する。

このキャップ５６とボディ部分５１とは、精密に作製され、キャップが閉じられ たとき、サンプルチャンバは光が漏れないように密封される。

ボディ部分５１に含まれているマイクロスイッチは、キャップが閉鎖位置に達し たときに閉じ、後で図１０を参照して述べるように、一定時間、たとえば、１０ 秒間だけＡＰ′Ｄ回路のカウンタをオンにする。

キュベツトの底部は、ステム６２の上に乗っている。

キュベツトの垂直方向の調整は、ステム６２がボディ部分５１の軸沿いに底部を 通って伸びるように取りつけることで、行なうことができる。

この調整ステムは、図７に示すごとき手動操作ネジにより、垂直方向に変移させ ることが可能である。

このキュベツトの垂直方向の調整機能を利用すれば、高さが通常４７ｍｍから５ ５ｍｍの間で異なる各種キュベツトを使用することも可能となる。

図１０を参照すると、ここには、アバランシェフォトダイオードＡＰＤが中に接 続された回路図が示されている。

この回路は、アバランシェフォトダイオード用の温度安定システムを含み、該シ ステムは、ＡＰＤに隣接して取りつけられたベルティエ効果型のヒートポンプＨ Ｐを有し、温度制御回路ＴＣからの電流供給を受けてＡＰＤを冷却する。

温度検知用のサミスターＴＳも、ＡＰＤに隣接して取りつけられ、回路ＴＣを介 してベルティエヒートボンブＨＰに供給される電流の大きさを制御する。

ＡＰＤからの出力信号は、検出回路ＤＣへ送られる。

該信号は、閾値を越える各信号について、一定の振幅とパルス幅とを有するパル スを供給する。

これらのパルスは、カウンタＣに送られる。

該回路は、さらに、制御論理回路ＣＬを有し、サンプルチャンバ内のマイクロス イッチＭＳは、この回路ＣＬに接続されている。

チャンバが閉じられると、このマイクロスイッチも閉じられ、制御回路ＣＬ内の １０秒タイマが始動し、カウンタＣが、その間、使用可能な状態に入る。

この間の終わりに、数値ディスプレイＮＤに計数が表示される。

図１０の回路は、さらに、再充電可能なバッテリＢから電力を得る電源回路ＰＳ Ｃを有し、制御論理、温度制御、ディテクタ、カウンタ、および、ディスプレイ の各回路に必要な電力を供給する。

図１０の回路を、オペレイジョンおよび／またはバッテリの再充電のための外部 電源ユニットＰＳＵに接続してもよい。

図１１を参照して、これは、ポータプル衛生モニタのキットの他実施例を示して おり、このキットは、ヒンジ８１で相互に蝶番止めされた上下の半体８０，８１ を有する携帯用ケースを含むが、これらの上下半休を合体型のキャッチを用いて 締め合わせることで、ケースは、ハンドル１３を用いて持ち運ぶことができる。

図示のように開けば、ケースの二つの半休は、平たく横に寝かされる。

ケースの各半休の内部には、キットの各種構成部品を収納するための凹部が形成 されたプラスチック発砲クッション材の成形品８４．８５がある。

下方の半体には、図８、図９に示した種類のサンプルチャンバ８８を有するポー タプル発光モニタ８６、オン／オフ用のスイッチ９０、および、ビジュアルディ スプレイ９２が配置される。

当該モニタは、その回路に電力を供給するバッテリを含むが、モニタに電力を供 給し、および／または、バッテリを再充電するために、モニタを公用電源に接続 するための電気リード線を有する電源ユニットＰＳＵを備えることもできる。

個々に包装された滅菌綿棒の包みは９４に、かつ、滅菌されたピペットチップは ９６に備えつけられる。

一定数のキュベツト１００を収容し、切断試薬および酵素のボトル１０２．１０ ４を収納したラック９８も備えつけられる。

ケースの下方の半体には、二つ以上のピペット１０６が備えつけられる。

図１１に示すキットを使用するに際しては、綿棒で試験する表面を拭き、その綿 棒をキュベツトの中に置き、そこにピペットチップが連結されたピペットを用い て所定量の切断試薬さらに酵素を加える。

キュベツトは、ラックの中に一定時間立つように設計されており、その時間が経 過した後、サンプルチャンバに入れてチャンバを閉じる。

モニタの積算時間（通常１０秒）の終わりに、計数がディスプレイ９２に綿棒に 採取されたサンプルの細菌活動の測定値として記録される。

ＦＩＧ、９ ＦＩＧ、１１ 国Ｉｌｉ！Ｉｌ査報告 一一自一――−−厩ゴ／ＧＢ　８９１０１２２り国際′１報　ＰＣＴ／ＧＢ　８ ９／。０．２８Ｓ＾　３１９ｎ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．発光物質を入れた容器を収容するためのサンプルチャンバと、放出された光 を受光するためのものであって、アバランシェフォトタイオードを含み、受光し た光を測定するための電気回路に接続されたフォトディテクタとからなるサンプ ル試験用モニタ。
2. ２．電気回路が、所定時間内にアバランシェフォトダイオードから発せられる個 別信号を計数するカウンタを有する請求の範囲１記載のモニタ。
3. ３．発光物置を入れた容器を収容するためのものであって、その側壁にフォトデ ィテクタへ通光させるための光の出口を有して形成されたサンプルチャンバと、 その光の出口に対して前記容器の垂直位置を調整するための手段とからなるサン プル試験用モニタ。
4. ４．調整手段が、その上にサンプル容器をのせるエレメントを有し、そのエレメ ントの垂直位置がプリセット可能である請求の範囲３記載のモニタ。
5. ５．調整手段が、その上にサンプル容器をのせるスプリング荷重負荷型のエレメ ントと、プリセット可能な距離をへだててサンプル容器を圧し下げるためにサン プル容器の頂部を圧迫するための手段とを備えている請求の範囲３記載のモニタ 。
6. ６．試験される表面を綿棒で拭き、綿棒をピペットチップ内に置き、ピペットを ピペットチップに連結し、ピペットを用いて一定量の切断試薬を取りこみ、その 後に、切断試薬をピペットチップから取り出してすでに酸素を入れたサンプル容 器内に入れ、綿棒サンプルがバクテリアまたは他の生きた細胞を含んでいる場合 には、そのサンプル容器内の液体から光が発せられるようにする衛生モニタ方法 。
7. ７．発光モニタ、複数の綿棒、複数のピペットチップ、各ピペットチップに連結 して用いるピペット、あらかじめ酵素を入れた複数のサンプル容器、および、切 断試薬容器からなる請求の範囲６記載の衛生モニタ方法用のキット。
8. ８．各綿棒をつかむためのホルダを含む請求の範囲７記記載のキット。
9. ９．発光モニタ、複数のピペットチップ、各ピペットチップに連結して用いるピ ペット、複数のサンプル容器、および、切断試薬、酸素の容器からなるサンプル 試験用のキット。